MADDE, ENERJİ ve KUVVET

19 Mart 2018 Pazartesi, 10:00

En temel soru şu değil mi? Maddeyi parçalaya parçalaya, küçülte küçülte nereye kadar varabiliriz? Maddenin temelinde ne bulunuyor? Bu soruya cevap bulmak için insanoğlu ta ilk çağlardan beri arayış içindeydi. Ne var ki, doğru cevaba ancak 20. yüzyılda ulaşabildik.

Prof. Dr. Osman Çakmak

Serüven 1930’larda başladı. O tarihlerde  maddenin ‘temel taşlarını’ bulduklarını sanıyorlardı bilim adamları.  Çünkü bütün maddenin atomlardan oluştuğu ve bütün atomların da; proton, nötron ve elektronlardan meydana geldiği biliniyordu.  “Temel parçacıklar” olarak adlandırılan bu varlıklar, maddenin bölünemez nihaî öğeleri olarak görülmekteydi. Derken modern fizik  iki önemli gelişmeye tanık oldu. 1930’lu yıllarda kendini gösteren bu gelişmelerden biri tecrübî alanda, diğeri ise; fikrî ve teorik alanda ortaya çıktı. Tecrübî alanda yapılmış olan keşiflerle, deneylerde kullanılan araç ve tekniklerin olağanüstü bir biçimde geliştirildi. Yepyeni parçacıklar keşfediyorduk.  Bu heyecan verici, yıllar süren ve yavaş yavaş ortaya çıkan araştırmalara göre, artık elde edilen parçacıklara ‘temel parçacık’ denilemeyeceği, hattâ bunların ‘temel’ olma özelliğine bile sahip olmadıkları anlaşıldı. Bilinen parçacık sayısı 1935 yılında yalnızca 6 iken, bu sayı 1955’te 18’e yükseldi. Şimdi 200’ün üstünde ‘temel parçacığın’ varlığını biliyoruz.

Maddenin Temeli Enerji mi?

Klâsik fizik alanında bir nesnenin kütlesi yok edilemeyen ve parçalanamayan bir öz ile ilişkilendiriliyordu. Buna göre bütün nesneler bir tür ‘temel malzemeden’ meydana gelmekteydi. Ancak, ‘İzafiyet Teorisi’, madde hakkındaki görüşlerimizi çok derinden sarsarak değiştirmişti. Bu teori, kütlenin, ‘öz’ diye bir kavramla ilişkili olmadığını ve yalnızca enerjinin bir beliriş biçimi olduğunu gösteriyordu. Öte yandan enerji ise, aktivite, süreç ve hareketlilik ile ilişkili olan bir kemmiyetin ifadesiydi. Bir parçacık kütlesinin belirli bir enerjiye eşdeğer olması, söz konusu parçacığın statik ve durağan bir nesne olarak algılanamayacağı sonucunu doğurmaktadır. Buna göre bir parçacığın kütlesi, dinamik bir varlık olarak anlaşılmalıdır. Söz konusu enerji süreci kendisini ‘kütle’ biçiminde dışa vurmaktadır.

İzafiyet teorisinin en ilginç etkisi hiç kuşkusuz saf enerjiden nasıl madde elde edilebileceğinin açıklanması ile ortaya çıkmıştı. Maddeyi oluşturan unsurlar ya parçalanamaz ve değiştirilemez birimler olarak, ya da kaynaklarına indirgenebilecek birleşik nesneler olarak düşünülüyordu.

Madde Sonsuza Kadar Parçalanabilir mi?

Bu cümleden olmak üzere en temel soru, maddenin sonsuza kadar parçalanabileceği mi, yoksa sonunda en küçük ve parçalanamaz bir birime mi varacağı hususu idi. Ancak teorik fizikçi Dirac’in (1902-1984) buluşlarından sonra, maddenin bölünebilirliği sorusu, birdenbire yepyeni bir görünüme kavuşmuştu. Çünkü eğer herhangi iki parçacık yüksek hızlarla çarpışırsa, genelde ikisi de parçalanırlar, ama bu ‘artık’ parçalar, orijinal parçalardan daha küçük değildirler. Yani çarpışma ‘artıkları’ hareket enerjisinden (kinetik enerjiden) yararlanarak yeniden, aynı cinsten parçacıklar şeklinde oluşmaktadır. Böylece bölünebilirlik sorusu, hiç beklenmedik şekilde çözüme ulaştı.

Atomaltı parçacıkları parçalamanın yolu, onları yüksek enerjiler eşliğinde birbirleriyle çarpıştırmaktır. Böylece maddeyi sürekli bir biçimde parçalayabilmekteyiz. Ancak hiçbir zaman orijinallerinden daha küçük parçacıklar elde edemeyiz. Çarpışma işlemi için gerekli olan enerjiden faydalanılarak yeni yeni parçacıklar oluşturulabilir.

subatom ile ilgili görsel sonucu

Bir çarpışma sırasında, çarpışan iki parçacığın enerjisi, yeni maddeleri teşkil edecek bir biçimde parçacıklar arasında yeniden dağıtılır. Eğer orada yeterince kinetik enerji var ise; çarpışma öncesine göre daha fazla sayıda parçacık ortaya çıkar. Böylece atomaltı parçacıkların aynı anda hem parçalanabilir ve hem de parçalanamaz olduklarını söyleyebiliriz.

Atomaltı parçacıkların çok yüksek enerjilerle çarpıştırılmaları metodu, fizikçilerin bu parçacıkların temel özelliklerini araştırmak yönünde kullandıkları en önemli metotlardan biridir. Bu nedenle parçacık fiziğine günümüzde ‘yüksek enerji fiziği’ denmektedir. Çarpışma deneylerini yapabilmek için gerekli olan kinetik enerji ise, çok büyük parçacık hızlandırıcıları kullanılmak suretiyle elde edilir. Bu makineler birkaç mil çapında, içinde protonların ışık hızına yakın bir hıza ivmelendirildiği ve daha sonra başka bir proton ya da bir notronla çarpıştırıldıkları büyük deney tüpleridir. Bu kadar büyük makinelerin sonsuz küçüklükteki nesneleri incelemek üzere kullanılmaları çok ilginçtir. Onlara, rahatlıkla günümüzün ‘süper mikroskopları’ diyebiliriz.

Kuarklar Bulunuyor

1960 ve onu izleyen yıllarda bilim önemli hamlelere sahne olmuştu. Çünkü bu dönemde, atomaltı dediğimiz, ‘atomdan küçük’ boyutlarda keşfedilen parçacık sayısı 100’ü aşmıştı. Atomun yörüngesinde elektronlar, çekirdeğinde ise proton ve nötronlar vardı. Peki protonun içinde ne bulunuyordu? 1970 yılında İsviçre’de bulunan 27 km uzunluğundaki hızlandırıcı istasyonu CERN’de, protonla nötronun içinde kuark (quark) denilen zerrelerin bulunması, yeni bir gelişmenin başlangıcı olmuştu

Kuarkların elektrik yükleri ile protonun ve nötronun yük değerleri açıklanıyordu, ama; ‘kuvvet’in ne olduğu sorusuna cevap bulunamıyordu? Çekirdek içindeki protonları oluşturan kuarkları birbirine bağlayan güce ‘güçlü çekirdek kuvveti’ diyorduk. Bu kuvvet kuarkları birbirine nasıl yapıştırıyordu? İlerleyen seneler boyunca bu konu, esrarını koruyan bir düğüm olarak kaldı.

Kuvvetin Sırrı

Sonuçta; kuvvetin ‘görünmez’ bir güç değil, aksine küçüçük tanecik ve zerreciklerden oluşmuş bir ‘özellik’ olduğu garip gerçeğiyle karşılaşıldı. Kuarkları birbirine bağlayan parçacıklar ‘gluon’lardı. Gluon yapıştırıcı demektir, zamk anlamına gelir. Gluonlar, kuarkları birbirine öylesine yapıştırıyor ve kenetliyordu ki, bildiğimiz en güçlü kuvvet olan nükleer kuvvet doğuyordu. Başka bir deyişle, güçlü çekirdek kuvvetinin özü ve esası gluon denen parçacıklardı.

Elektromanyetik kuvveti ‘taşıyan’ parçacıklar da bulundu. Onlara ‘foton’ denildi. Buna göre elektromanyetik kuvvet iki parçacık arasında gel-git yapan bir değişim etkisiydi. Bu demektir ki elektromanyetizma kuantlaşmış bir alan olup, kuvvetini, elektrik yükü bulunmayan ve spini bir (1) olan sezilgen (ışımayan) ancak hissedilen tanecikler aracılığı ile taşımaktadır. Zaten foton öteden beri biliniyordu da; protonla, elektron arasındaki çekim kuvvetinin fotonlarla gerçekleştiği bilinmiyordu. Fotonlar aynı zamanda ışığı oluşturan en küçük enerji paketleriydi.

Geriye radyoaktif bozulmayı kontrol altında tutan zayıf çekirdek kuvveti kalmıştı. Bu kuvvetleri taşıyan tanecikler de olmalıydı. Bu parçacıklara bozon adı verildi. Bozonların da üç tip olduğu anlaşıldı. Pozitif (W), negatif (W) ve nötr (W).

Böylece kâinattaki üç temel kuvvetin aslında parçacıklarla taşındığı ortaya çıktı. Tabiattaki en zayıf kuvveti, hepimizin bildiği yerçekimi kuvvetini taşıyan parçacıklar bir türlü keşfedilemedi. Bunların ismine graviton denildi. Son yıllardaki gelişmeler onunla ilgili    bir sır perdelerini aralamakta, keşfine dair işaretler sunmaktadır.

Atom içi parçacıklar mekân açısından kütleye sahip nesneler olarak, zaman açısından da kütle miktarında enerjiye sahip olaylar, hareketler olarak görünür. Yani mekânda gördüğünüz madde sabit değildir, zaman içinde, devamlı faaliyet ve hareket içinde değişmektedir. Bu durum parçacıkların sadece hareket etmediğini, aynı zamanda kendilerinin de hareketten ibaret kaldığını gösteren şaşırtıcı bir durumdur. Yani, maddenin varlığı ve maddenin hareketi birbirinden ayrılmamaktadır. Her ikisi de aynı mekânizma gerçeğinin, farklı cephelerinden ibarettir.

Parçacık fiziği bilimi; ‘kuvveti’ artık etki ettiği maddeler arasında bir enerji alışverişi mekânizması olarak görmekte ve bunun daha küçük ara parçacıkların yayılması ve emilmesinden kaynaklandığını kabul etmektedir. Meselâ yüklü bir tanecik bir foton yayarsa, enerjisinin bir kısmı fotona dönüştüğünden hareket durumu değişir. Eğer başka yüklü bir tanecik bu fotonu emerse, enerji kazanır, bu kazanım da onun hareket durumunu değiştirir. Burada iki parçacık arasındaki karşılıklı hareket değişmeleri ‘kuvvet’ olarak yansıdığından, biz bu foton alışverişlerinin toplam tesirini ‘kuvvet’ olarak idrak ederiz. Diğer bir ifadeyle, tanecikler arasında ‘haricî kuvvetler’ yok, sadece diğer bazı ara parçacıklar aracılığıyla süren karşılıklı tesirleşmeler vardır.

Kuvvet Kudretin Yansıması

Kuantum mekâniği böylece atom içi olaylara alışık olmadığımız yaklaşımlardan birini daha ekliyor, ‘kuvvet’e böylece apayrı bir tarif getiriyordu. Aslında kuvvet diye bir şey yoktu kâinatta. Kuvvet, sadece küçücük tanecikler, zerrecikler ve ışınlardan ibaret bir şeydi. Bu demektir ki, taneciklerin birbiriyle etkileşimi ve ‘şuurlu’ haberleşmeleri ‘kuvvet’ adını verdiğimiz özelliği oluşturuyordu. Madde gibi kuvvetlerin de bizatihi bir ‘hakikatı’, ‘varlığı’ yoktu daha açık bir ifadeyle. Bu gerçeğin ortaya çıkması ile maddeci ve determinist anlayış çöküyordu.  Çünkü bu muhteşem kâinatı meydana getiren ve ayakta tutan madde ve kuvvetlerin ‘başka bir hakikate’ dayandığı ve bir ‘kudret’ sahibine işaret ettiği daha belirgin bir hâl almıştı.

Ãlemdeki sır perdelerini Kur’ân’ın bakış açısı ile aralayan Bediüzzaman Hazretlerine göre, ‘Kudretin vücudu, kâinatın vücudundan daha ziyade kat’i idi ve görünen her şey aslında o İlâhî Kudret’in delili ve göstergesidir’. Eşya ve kuvvetler O’ndan (hemeost) olup ‘O’ değildir. Bu gerçek, ‘Bütün mahlûkat, her biri, hem beraber, o kudretin mücessem kelimâtıdır.’ ifadesi ile vecizeleştirilmektedir. Olayların arkasında hükmeden kudrete; “dinamik süreç enerji kalıbı veya etki mekânizması” gibi ‘bilimsel isimler’ versek de, hiçbir sebebe bağlanamayan ve tek bir hakikata indirgenen etki mekânizmasının, ‘İlâhî Kudret’in bir tecellisinden başka bir şey olmadığı, gelişen bilimin aynasında daha net görülmeye başlanmıştır.

Yorum yazın...

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir

Wordpress Haber Teması Tasarım ve Programlama: Seçkin Talanöz